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KBR专栏:VCCTM :浆态床重质料加氢裂化技术

时间:2014-02-22 14:23 来源:

未来原油性质总体上将逐渐变重,这已得到广泛认可,意味着未来原油中的渣油组份将逐渐增多。若原油处理量和加工技术条件不变,则轻质油品的油收率将下降。然而,成品油市场对交通燃料的品质和需求量将表现为逐渐提高的趋势,而重质燃料油的需求量将处于下降趋势。这是需要妥善解决的矛盾,而这一矛盾的解决将主要体现于渣油的处理技术。

渣油处理技术现状

目前可处理渣油的典型技术有重油催化裂化、延迟焦化、减粘裂化、溶剂脱沥青、渣油加氢等技术。重油催化裂化、延迟焦化、减粘裂化和溶剂脱沥青均属“脱碳”技术。重油催化裂化产出的汽油辛烷值较高,经脱硫后可直接调和为成品汽油。而其它产物均不能直接销售,还需精制处理。虽然重油催化裂化的轻油收率较高,但也有相当比例的低价值产品油浆和干气副产,且劣质原料对装置操作的经济性影响很大。延迟焦化对劣质原料有很强的适应能力,轻油收率尚好,但必须为大量的石油焦产品找到合适的去处,流行的做法是配套CFB锅炉。在原油紧缺的大环境下,用“石油焦”代替“煤”发电,是单纯从焦化投资少、当地电力不足或为了实现生产企业电力自给考虑,没有权衡考虑效益最大化、不追求原油最高利用率,从这个意义上说,焦化技术的采用值得重新思考,至少在煤碳资源丰富的中国大量采用焦化技术更应从战略高度来分析决策。减粘裂化与焦化从某种意义上说是类似的,只是转化深度不同,减粘是轻度裂化,产品中渣油的比率还很大,产出的渣油去做重质燃料为目的,应该说与未来的市场需求背道而驰。溶剂脱沥青技术可将渣油中的“有用”组分抽提出来作为加氢或催化的原料,从这个角度说,提高了原油的利用率。但是脱油后的沥青如果作为燃料油产出,同样没有实现最大化的原油利用率,如果作为硬沥青产品(经调和)产出用于附加值高的高等级沥青,经济效益上比较合算,但这种方案与原油性质有直接关系,并非所有原油都可以生产高等级沥青产品,这也是溶剂脱沥青技术处理重质原料不利的方面。

而渣油加氢技术分渣油加氢脱硫和渣油沸腾床加氢裂化。渣油加氢脱硫的转化率相当较低,反应产物仍然有相当大比例的渣油组份没有得到转化,重端产品仍需进一步加工才能从整体上将轻油收率提高。另外,渣油加氢脱硫对渣油性质也有限制;沸腾床渣油加氢裂化的转化率高于渣油加氢脱硫,对渣油的适应能力较强。那么,除了沸腾床渣油加氢技术外,是否还有转化率更高、原料适应能力更强、产品质量更好的渣油加氢技术?答案是VCC™浆态床加氢裂化技术。因为它的一次转化率达到95%甚至更高、原料可以是极劣质的渣油甚至是渣油和煤粉的混合物、主产品是硫含量超低的石脑油、柴油、蜡油等,总体积液收率高于100%。可以说,VCC™浆态床加氢裂化技术是实现原油利用率最大化的最佳选择。

VCC™技术发展史

VCC™是 Veba Combi Cracker 的缩写,是以浆态反应器为特征的重质油加氢裂化技术。该技术最初起源于Bergius-Pier的煤液化技术,如今VCC™为BP公司所拥有。历史上每一次原油价格大幅上涨都曾使煤液化技术展现出光明前景;而原油价格大幅回落也均导致该技术陷入销声匿迹的局面,致使已建成的煤液化装置一度被迫拆除或改造为渣油处理装置。伴随每次煤液化技术的应用复苏过程,及多次的实验和技术创新,该技术也得到不断的完善并趋于成熟。

2002年, BP公司收购了VEBA Oel 公司,取得VCC™技术所有权,而后决定重新推出该技术,但技术侧重点从煤液化转向炼厂渣油的加氢裂化处理为目的。为配合该技术的商业实施,BP 公司已建造了一套非常先进的、仿商业装置的实验装置,可进行全面的试验分析以满足工程化需求。KBR公司于2010年与BP公司签署了合作协议,推广VCC™技术,扩大市场,共同为客户提供技术授权、技术咨询和服务。

 

VCC™技术特点

从技术演变过程看,VCC™技术来源于煤液化工艺,对原料有非常广的适应性,而且它是惟一对众多种类原料做过验证运行的技术,测试原料的范围包括从炼厂渣油一直到煤,以及煤和油的混合物等。除一般的减压渣油外,其它的常规原料,如脱沥青塔底油、沥青减压残油、减粘减压渣油和热解焦油等,均在德国的 Bottrop/Scholven 装置中做过测试。除此之外,一些非常规原料,如用过的润滑油、切削油、脱脂剂残余液、氯化后的溶剂、油漆残渣、变压器油、废加氢催化剂、失活的活性炭和回收的塑料等均能得到成功处理。

各种原料的测试表明,本技术可以达到 95% 甚至更高的转化率,沥青的转化率达到 90% 以上,而且原料越重,其总体经济效益也越好。该技术非常适用于难于处理的酸性重油,原料中的硫含量越高,反应活性越高,从而可以在更低苛刻度下实现目标转化率。

VCC™技术与其它同类技术不同,采用单程无循环工艺。主加氢裂化反应器无内件,通过独到的设计实现反应动力学和流体动力学的要求,保证高转化率及高选择性地生成馏份油产品。VCC™技术中设置了加氢精制反应段后,使得 VCC™装置能够生产商品级的产品。加氢精制段采用固定床催化反应器,操作压力与第一加氢转化段基本相同。其二段加氢精制的融入早于20世纪50年代开发和实践。而且,该加氢反应段可以设计成“加氢精制”,也可以设计成“加氢裂化”。炼厂中的低价值油品如瓦斯油、脱沥青油或催化裂化循环油,可直接送入第二反应段。第二段反应产物冷却后,可根据业主需要将回收的液相产品通过简单汽提来生产合成原油、或者通过分馏来生产可以直接销售的终端馏份油产品。

VCC™技术所用的添加剂可以保证未转化、高金属含量的渣油得到可靠捕集和脱除,有效防止设备结垢。这不同于其他同类技术,需要添加芳烃溶剂来防止结垢。VCC™装置的历史运行数据可追溯到上世纪 60 年代,那时装置的在线率就高于 90%。VCC™典型工艺流程见图1。

高投资回报率

伴随新一代 VCC™技术应运而生的是更低的安装成本、高转化率及卓越的产品质量,使 VCC™技术成为升级炼厂渣油或重质油非常有吸引力的选择。基于实际炼厂的研究数据进行评估比较的情况参见图2。可以看出:无论原油价格是否高于$50,VCC™装置的净现值和内部收益率这两大重要指标均好于沸腾床加氢裂化;而当原油价格超过每桶 $50 时,VCC™装置的净现值和内部收益率均将优于焦化装置。

如今,原油价格已大大超过$50每桶,世界对能源的长期依赖已经有目共睹,发展中国家的崛起将促使石油的需求量提高,石油资源变得越发紧俏,而新型能源的开发和利用还无法从根本上改变现有的能源结构,未来原油价格跌至$50的可能性已经越来越小;另一方面,原油的性质正逐渐变重,将更大比例的渣油组份转化为更清洁的轻型燃料技术正受到青睐。VCCTM加氢裂化技术正是满足这一市场需求的绝佳选择。因此,投资兴建 VCC™装置的时代已经到来。

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